CC BY
27
2. Лавров, Г. А. Приземные и подземные антенны [Текст] / Г. А. Лавров, А. С. Князев. -М.: Советское радио, 1965. - 472 с.
3. Гринберг, Г. А. Основы точной теории волнового поля линий электропередачи [Текст] / Г. А. Гринберг, Б. Э. Бонштедт // Журнал технической физики. - 1954. - Т. 24. - Вып.1. -С. 67 - 95.
4. Бурсиан, В. Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке [Текст] / В. Р. Бурсиан. - Л.: Недра, 1972. - 367 с.
5. Вэнс, Э. Ф. Влияние электромагнитных полей на экранированные кабели [Текст] / Э. Ф. Вэнс. - М.: Радио и связь, 1982. - 117 с.
6. Стрижевский, И. В. Теория и расчет влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения [Текст] / И. В. Стрижевский, В. И. Дмитриев. - М.: Стройиздат, 1967. - 247 с.
7. Никольский, К. К. Коррозия и защита от нее подземных металлических сооружений связи [Текст] / К. К. Никольский. - М.: Связь, 1984. - 207 с.
УДК 621.1.016.536.25
В. С. Казачков, С. А. Когут
УЧЕТ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ АСКУЭ
В статье рассматривается автоматизированная комплексная система учета энергоресурсов (АСКУЭ), разработанная авторами, позволяющая вести учет различных ресурсов на основе уравнения баланса, связывающего измерения, произведенные приборами коммерческого учета для предприятия в целом, и показания приборов технического учета на отдельных объектах. Дается описание оригинальной методики учета тепловой энергии с помощью косвенных измерений, приведены сведения об аппаратной реализации АСКУЭ и экономическом эффекте от ее внедрения.
В связи с переходом экономики страны с расточительного на ресурсо- и энергосберегающий путь развития проблема энергосбережения приобретает все большее значение. Неотделимой частью энергосбережения является и проблема учета энергоресурсов.
Все предлагаемые на рынке средства автоматизации учета энергоресурсов потребителей имеют достаточно высокую стоимость. Снизить удельные затраты, сократить сроки окупаемости таких систем можно только при комплексном учете энергоресурсов и выборе соответствующей аппаратной части.
Рассматриваемая ниже автоматизированная комплексная система учета энергоресурсов предназначена для организации учета потребления электрической и тепловой энергии, а также для учета расхода воды, газа, пара и т. п. Технические решения позволяют использовать ее для учета энергопотребления как на промышленных предприятиях, так и на объектах жилищно-коммунального хозяйства. Учет любого из регистрируемых параметров может производиться по многотарифной системе с использованием обычных однотарифных приборов.
Под АСКУЭ следует понимать такую систему, которая позволяет вести учет всех энергоносителей, используемых на предприятии, с разделением этого учета по территориально и (или) функционально выделенным участкам - узлам учета (УУ). Кроме этого она позволяет:
а) определить уровень удельных затрат в единице выпекаемой продукции;
б) оценить долю каждого энергоносителя в выделенном УУ относительно общего потребления предприятием соответствующего энергоресурса;
в) определить основные направления по энергосбережению;
г) оценить эффективность мероприятий, направленных на экономию энергоресурсов;
д) снизить затраты иа эксплуатацию и, как следствие, повысить эффективность эксплуатируемых первичных систем учета;
е) оценить текущее состояние и эффективность использования приборов учета;
ж) осуществить расчет по фактически потребленным энергоресурсам каждым террито-риально или функционально выделенным участком предприятия и предприятием в целом.
Актуальность индивидуального учета расхода электрической и тепловой энергии, горячей и холодной воды, газа повышается с ростом тарифов на эти виды энергоносителей, поскольку каждый потребитель заинтересован в оплате фактически использованных ресурсов.
Единый балансовый метод по учету и распределению между УУ всех видов потребляемых ресурсов должен быть базой для создания комплексных автоматизированных систем учета и распределения всех потребляемых ресурсов в выделенных на предприятиях участках.
Методическое обеспечение комплексных систем учета и распределения энергоресурсов должно представлять собой единообразный способ расчета потребления каждого ресурса. При этом необходимо, с одной стороны, гарантировать полную компенсацию затрат всех энергоснабжающих организаций, а с другой - справедливое распределение затрат за энергопотребление между всеми УУ.
Уравнение энергетического баланса предприятия для потребления любого ресурса мо-жет быть представлено в виде:
Е = Е + Е + Е , (1)
вх о п уу ' V /
где Евх - количество ресурса, измеренное входным прибором учета предприятия;
Ео = ^ Ео] - количество ресурса, необходимое для общих нужд предприятия;
Еп - потери ресурса внутри предприятия;
Еуу = X Еууг - потребление ресурса всеми УУ;
у - количество структурных подразделений;
/ - количество точек учета соответствующего ресурса в выделенном УУ.
В уравнении (1) только значение Евх обязательно должно измеряться средствами коммерческого учета. Остальные составляющие уравнения могут определяться средствами не только коммерческого, но и технического учета, а для некоторых видов ресурсов могут быть-вычислены с помощью определенных алгоритмов.
Принцип разумности и справедливости требует, чтобы расходы на нужды предприятия распределялись пропорционально между количеством работников соответствующего участка предприятия, независимо от индивидуального потребления, в то время как оплата технически обоснованных потерь в структурных подразделениях должна начисляться пропорционально индивидуальному энергопотреблению каждого УУ. Тогда в соответствии с выражением (1) получаем:
"^опл у
1 +
, Е
V УУ У
Е
Е» 1 + , (2)
где Еопяу - подлежащий оплате расход ресурса для ]-го УУ;
N - число работников предприятия, использующих потребление ресурса на общие нужды; Ру - число работников ]-го УУ;
Еуу1 - расход ресурса по показаниям приборов, установленных на территории ]-го УУ.
Система, построенная на основе рассмотренного балансового подхода состоит из компо-нентов, образующих три структурных уровня (рисунок 1): а) приборы учета (ПУ);
б) узлы учета;
в) контроллеры системы.
Структура АСКУЭ
Приборы учета представлены датчиками температуры (ДТ) и регистраторами импульсов (РИ) с подключенными к ним первичными приборами учета.
РИ предназначены для съема и хранения информации от датчиков расхода воды, газа, электрической энергии, дизельного топлива и т. п. ДТ позволяют определить разность температур, поэтому они устанавливаются попарно: один - на отопительный прибор, второй -на уровень пола. Разность температур в дальнейшем используется для расчета величины потребленной тепловой энергии.
Узлы учета позволяют сгруппировать датчики по территориальному признаку. Основная задача УУ - хранение данных о конфигурации подключенных к нему приборов и обеспечение доступа к ним для сбора данных. Благодаря наличию в УУ программируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) все сведения о ПУ, входящих в сеть учета, хранятся децентрализованно. Распределенная система позволяет уменьшить риск потери данных и упростить техническое обслуживание системы за счет сокращения времени выполнения операций.
Контроллеры системы (цеховые контроллеры, ЦК) предназначены для запуска про -граммного обеспечения, выполняющего следующие функции:
а) чтение конфигурации сети учета из памяти УУ;
б) сбор информации от ПУ и ее хранение;
в) предварительная обработка данных и расчет потребления ресурсов.
Результатом работы контроллеров являются массивы сведений о потреблении ресурсов. Кроме того, задачей контроллеров является ведение журналов событий, хранящих системную информацию о тех или иных сбоях в работе УУ, ПУ и контроллеров, поступивших внешних командах, результатах их выполнения и т. п.
ЦК реализованы на базе промышленного контроллера ICP7188. Все контроллеры объединены в промышленную сеть на основе интерфейса RS485 с гальванической развязкой.
Один из контроллеров системы является ведущим, обеспечивая обмен с центральной системой учета (внешняя ЭВМ) и выполняя диспетчерские функции. Другая важная задача контроллера - опрос первичных приборов учета, предназначенных для измерения общего уровня потребления ресурсов всем объектом в целом. Кроме того, этот контроллер хранит всю служебную информацию, собирает файлы сведений о потреблении ресурсов и журналы событий, формируемые другими контроллерами. Необходимо отметить, что наличие нескольких копий (реплик) одной и той же информации повышает устойчивость работы системы учета в нестандартных ситуациях.
Обмен центральной системы учета с ведущими контроллерами осуществляется в пакет -ном режиме с помощью модема. Центральная система собирает всю информацию о расходе ресурсов и системных событиях. На основе полученной информации производится окончательный расчет величин потребленных ресурсов с учетом аппаратных и программных сбоев.
Вычислительные ресурсы ЭВМ используются также для обработки нештатных ситуаций - отключения питания, поломок аппаратной части, случаев мошенничества, аварийных ситуаций в коммунальных системах предприятия.
Система учета построена как однородная сеть однотипных элементов и создана на основе технологии MicroLAN, разработанной фирмой Dallas Semiconductor Inc. Сеть передачи данных 1-Wire® Net, известная также, как MicroLAN, - дешевая система обмена данными между промышленным контроллером и сетевыми устройствами. Разработчик сети производит широкий спектр устройств, поддерживающих протокол 1-Wire. Сюда входят счетчики, датчики температуры, элементы памяти (типа RAM и EEPROM), электронные ключи (iButton) и т. д. Как показал анализ, этот набор компонентов позволяет построить полнофункциональную систему учета расхода энергоресурсов.
Одно из главных достоинств сети - простота управления. Никакое сетевое устройство не может передавать данные, пока к нему не поступит запрос от ведущего узла. Обмен данными между устройствами также возможен только через ведущий узел. В сети возможен один и только один ведущий узел, в роли которого выступает промышленный контроллер, подключенный к сети с помощью интерфейса RS232 и адаптера MicroLAN.
Из изложенного видно, что по каждому УУ ведется комплексный учет всех энергоресурсов. Если в УУ имеется несколько вводов каких-либо ресурсов, то на уровне контроллеров эти данные объединяются. В итоге получают суммарное значение расхода этих ресурсов по данному УУ.
Рассмотрим более подробно вопрос об учете тепла в отдельных узлах учета. В мировой практике по учету тепловой энергии в локальных объектах, входящих в объединенную систему потребителей тепла, используются два основных подхода:
учет тепла с помощью электронных распределителей или распределителей испарительного типа;
учет с помощью теплосчетчиков - при горизонтальной разводке труб отопления.
Распределитель - автономный прибор, размещаемый непосредственно на радиаторе отопления и не имеющий каких-либо приспособлений для подключения его к другим устройствам. Показания распределителя пропорциональны средней температуре отопительного при-
бора за расчетный период. Показания с распределителя снимаются контроллерами один раз в год, после окончания отопительного сезона.
В течение отопительного сезона оплата производится по нормам, т. е. пропорционально квадратным или кубическим метрам здания (помещения), контролируемого УУ. Перерасчет за количество потребленной тепловой энергии для каждого УУ осуществляет специализированная организация, руководствуясь показаниями распределителей и общезаводского тепло-вычислителя с учетом технического состояния предприятия. Потребители узнают о количестве истраченного тепла лишь к началу следующего отопительного сезона. Оперативной информации о количестве потребленного тепла они не имеют. Таким образом, применение распределителей позволяет вести учет потребления тепла, но их невозможно использовать как первичные датчики для автоматизированных систем.
Использование тепловычислителей в качестве первичных приборов возможно только при горизонтальной разводке труб отопления. Их применение позволяет создать автоматизированную систему, но только систему по учету тепла. Для подключения к этой системе датчиков расхода воды и газа потребуется дополнительное оборудование, поскольку эти приборы имеют различные интерфейсы, но проблема не только в этом. Невозможно составить энергетический баланс. Сумма показаний тепловычислителей не равна показанию общезаводского тепловычислителя за тот же период времени. Это связано с тем, что тепловычисли-тели, установленные в УУ, не учитывают затраты на обогрев тамбуров, коридоров, потери в общезаводской системе отопления и т. п. Кроме того, при малых расходах и разности температур, характерных для одного УУ, эти теплосчетчики дают большую погрешность.
Установка тепловычислителей на всех УУ предполагает применение горизонтальной разводки труб отопления, что приводит к значительному удорожанию как стоимости строительства, так и системы в целом за счет самих тепловычислителей.
Используемый способ учета тепловой энергии в предлагаемой АСКУЭ не имеет недостатков, перечисленных выше. Решение задачи измерения тепла в отдельно выделенном локальном объекте основано на способе, алгоритм которого изложен в патенте РФ № 23180219 [1].
Решение задачи по измерению тепловой энергии на выделенном участке цеха состоит в применении такого способа учета, который не зависит от разводки труб теплоснабжения. Суть его в следующем: в каждом территориально выделенном участке однотипно устанавливаются по одному термодатчику на все отопительные приборы. Для определения разности температур на уровне пола каждого отапливаемого помещения также однотипно устанавливаются термодатчики. Зная разность температур и площадь радиаторов, можно определить величину тепловой энергии. Способ определения количества тепла основан на использовании закона Ньютона - Рихмана.
Для расчета расхода тепла, например, в отдельно выделенном участке предприятия с вертикальной (традиционной) или горизонтальной разводкой труб отопления сначала определяют расход тепла по тепловому счетчику всего предприятия. С тепловым счетчиком связан один из контроллеров системы, в котором хранится информация о площади поверхности теплоотдачи по каждому УУ. Контроллер получает от цеховых контроллеров в определенные моменты времени данные о разности температур. Цеховые контроллеры через УУ постоянно фиксирует температуру на поверхности теплоотдачи отопительных приборов и температуру окружающей среды ( воздуха на уровне пола в помещении ).
Зная расход тепла по предприятию за конкретное время (по показаниям общезаводского теплового счетчика), контроллер определяет средний коэффициент теплосъема по объединенной системе потребителей тепла, который передается всем цеховым контроллерам, а на его основе каждый цеховой контроллер определяет расход тепла по конкретному локальному потребителю.
Таким образом можно определить расход тепла по каждому локальному потребителю, входящему в объединенную систему потребителей тепла.
№ 3(3) 2010
Поскольку невозможно выделить потери, то их доля должна быть автоматически учтена при определении величины тепловой энергии, затраченной выделенным участком. Формула (1), в случае учета тепловой энергии запишется в виде:
О = О + О ,
Х-^ВХ уу о '
а выражение (2) -
О , = О , + Яор,.
-г-^опл/ -^ууг -к т 1
-ууг
N
(3)
Здесь Овх - количество тепла, использованное всем предприятием, согласно показанию общего теплосчетчика;
О
уу
= 10
/=1
ууг
количество тепла, затраченное всеми выделенными участками, с учетом
потерь;
Оо = ^ Оо/ - количество тепла, затраченное на нужды структурного подразделения, с
/=1
учетом потерь;
к - количество цеховых контроллеров;
Оопл/ - количество тепла, подлежащее оплате/-м выделенным участком.
Выделенным участкам предъявляется документация за израсходованную тепловую энергию на основании расчета по уравнению (3).
При установке АСКУЭ предполагается выполнение ряда требований к ее размещению в выделенном участке для правильного определения тепловой энергии. На всех участках должны быть однотипно установлены ДТ для определения температуры на поверхности отопительных приборов и температуры воздуха в каждом отапливаемом помещении. Датчики, измеряющие температуру на поверхности батареи, устанавливаются, например, на первой секции отопительного прибора в месте входа теплоносителя. Датчики, измеряющие температуру воздуха, устанавливаются на той же стене, где укреплена батарея, например, на высоте 0,1м от уровня пола и 0,1м от ребра батареи, на которой установлен датчик, измеряющий температуру отопительного прибора. Эти требования должны соблюдаться при установке датчиков во всех местах, где установлены приборы отопления. Можно использовать и другие места установки датчиков температуры (не слишком отличающиеся от предложенных). Важна однотипность установки датчиков во всех отапливаемых помещениях.
Установка системы подразумевает несколько этапов.
1. Обследование предприятия. Объект разбивается на участки, в которых необходимо вести учет ресурсов. Определяется количество, виды и марки первичных приборов учета, устанавливаемых как на территориально выделенных участках, так и на уровне предприятия. Фиксируются места установки контроллеров и ЭВМ верхнего уровня, Рассчитываются параметры кабельной системы, количество РИ, ДТ и УУ. На основании проделанной работы определяется окончательная стоимость установки системы.
2. Подготовительный этап. Согласно проектной документации закупаются необходимые материалы и изготавливаются элементы системы. Проводятся работы по переделке силовой, водопроводной и других сетей, предназначенных для установки первичных приборов учета. Осуществляется прокладка кабельной сети, установка первичных приборов учета и элементов системы.
3. Запуск системы. На территориально выделенных участках производится поэтапное подключение первичных приборов учета к элементам системы и запуск их в работу. Осуществляется отладка системы в целом и сдача ее заказчику. Проводится обучение персонала навыкам работы с системой.
Применение системы позволяет:
№ 3( 2010
а) вести учет за использованием энергоресурсов всеми подразделениями предприятия;
б) определять долю удельных затрат энергоресурсов в стоимости выпускаемой продукции;
в) выявлять участки с повышенным расходом энергоносителей;
г) сократить общий расход энергоресурсов за счет их экономии структурными подразделениями предприятия.
Благодаря применению технологии МюгоЬАМ удалось построить систему без использования микропроцессорных приборов, что приводит к резкому снижению стоимости компонентов системы и системы в целом. Система позволяет измерять количество тепловой энергии в локальных объектах без применения дорогостоящих теплосчетчиков, характеризуется невысокой стоимостью изготовления и настройки ее элементов. Экономию затрат предполагает и простота технического обслуживания.
По данной системе имеются положительные решения Госэнергонадзора РФ, Госстроя РФ, РЭК по Омской области и других организаций.
1. Пат. 2138029 Российская Федерация, МПК 6 О 01 К 17/08. Способ определения расхода тепла локальными потребителями, входящими в объединенную систему потребителей тепла [Текст]/ Казачков В. С.; заявитель и патентообладатель Казачков Владимир Семенович. -№ 98110982/28; заявл. 09.06.1998, опубл. 20.09.1999, Бюл. № 26.- 4с.: 1 ил.
УДК 658.26:656.2:519:673
Д. В. Пашков, А. В. Пономарев
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СРЕДНЕГО РЕМОНТА ЭЛЕКТРОВОЗОВ
В статье рассматриваются некоторые особенности моделирования электропотребления технологического процесса. В качестве примера взят технологический процесс среднего ремонта электровозов в локомотивных ремонтных депо. Рассмотрен алгоритм построения имитационных моделей, адаптированный к описанию технологических процессов ремонта подвижного состава.
Железнодорожный транспорт является одним из наиболее энергоемких потребителей, на осуществление деятельности которого ежегодно расходуется около пяти процентов вырабатываемой в стране электрической энергии. Согласно «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г.» [1] одним из главных общетранспортных ориентиров является повышение производительности и рентабельности транспортных систем. Выявление случаев нерационального использования электрической энергии открывает широкие возможности по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.
Одним из важнейших условий обеспечения эффективного использования электрической энергии является соблюдение удельных норм ее расхода на выпуск единицы продукции, которыми в настоящее время большинство структурных подразделений железнодорожного транспорта не располагают. Имеющиеся удельные нормы получены на основании фактических данных об электропотреблении и не позволяют достоверно учесть планируемые изменения в организации производства.
